中原大學電子工程研究所學位論文
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本文主要研究單根蛇形延遲線應用在高速數位電路板上不同繞線方式對訊號完整度的影響。本文將針對幾個實際應用的例子，模擬其結構並針對不同的結構圖中主要的信號雜訊來源進行分析，其主要雜訊來源是傳輸線間的串音雜訊干擾，經由建立結構圖後再利用不同的參數變化及繞行走線方式量測幾個重要的參數進行分析比較，參數例如時域穿透波形TDT、時域反射波形TDR及眼圖…..等等的模擬結果分析取得有效的資訊。經由實驗應用到數位電路板上進行實體量測，最後利用模擬後的結果與實體實驗的結果來確認模擬與理論的驗證差異。
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近年來，數位電子產品的外觀設計均朝向輕、薄、短、小等特色。而產品規格則是不斷提升工作頻率、加大傳輸頻寬與降低工作電壓，在此前提下，印刷電路板的結構也必須隨之而改變。為了因應不斷縮小的印刷電路板尺寸，多層板結構能提供線路在佈線上更多的空間，而連通柱(Via)正是訊號線在垂直方向的換層連接方式。然而這樣的連通柱結構，通常呈現為電容與電感兩種效應，隨著電路工作頻率的提高與工作電壓下降的趨勢下，對於訊號品質的不良影響漸漸地變的更不容忽視。 本論文主要在改善連通柱所造成的不連續效應，首先針對埋入式連通柱(Buried Via)結構所造成的訊號完整性問題作分析與改善。作法為將與連通柱焊墊(Via Pad) 上下相鄰的平面層，剃除掉與連通柱焊墊大小相仿的區域。透過軟體模擬顯示，反射損失可獲得良好的改善效果。對於多層印刷電路板常見的開路殘段連通柱，利用空氣連通柱(Air Via)的結構，將空氣連通柱緊鄰在連通柱旁設置，這樣的改善方式可以將連通柱的特性阻抗值提高，同時減小連通柱的電容效應。在模擬與實驗結果中，連通柱的特性阻抗值與電容效應均可獲得明顯的改善。
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本論文為開發電源管理系統及低壓降穩壓器以應用於農場無線感測節點之電源系統中。本研究之無線感測節點，使用ZigBee無線傳輸技術與感測器收集農場溫室的環境參數，建立資料庫與參數模型。其中所使用的ZigBee晶片為德州儀器CC2530產品，運用其晶片的特性與無線傳輸功能，結合商用感測器:溫度、濕度、土壤濕度、光度、葉綠素、CO2等元件之分析及應用，與本論文所開發之太陽能電源管理系統、低壓降穩壓器，建立一套具有太陽能電源管理之農業無線感測網路系統。 本研究之重點為使用太陽能板與降壓充電IC，充電至18650鋰電池，使電池輸出電壓電流再經由低壓差線性穩壓器(Low-dropout regulator, LDO)，做降壓與提供穩定電壓輸出至CC2530節點，使得太陽能板與充電電池達到最佳管理與整合。運用LDO的原理，設計一個用在18650鋰電池的低壓差線性穩壓器，由3.7V轉成適合CC2530晶片及各個感測器所需的工作電壓3.3V，目前已有完整的雛型系統實現，也在農場架設節點並收集環境參數。
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此論文研究設計類比式與數位式兩種超音波測距系統。類比式40 kHz 超音波驅動與接收回波之系統電路設計，可以應用在車用倒車系統電路，亦可應用在機器人、工業自動機台與汽車防撞系統等。此電路系統由一台電子控制主機與六組超音波驅動板所組成，主機與驅動板間之訊號使用正負電源兩線式直流電源線載波方式傳遞。由主機提供電源給超音波驅動板，並在正電源線上同時載入發射脈衝與回波訊號，此訊號波形再由主機的濾波電路與比較器電路，將類比訊號轉換成穩定之數位波形，輸入微控制器來判斷所偵測到的距離。 本文最後提出了一種數位式超音波測距系統之前置處理積體電路架構。此超音波測距前置處理積體電路架構可以操作在封閉防水型和開放型兩種超音波感測器。該前置處理積體電路採用一體化結構設計和on-board-module實施模擬晶片的功能。此前置處理積體電路不需撰寫軟體程式設定，只需使用被動元件來設定。在脈衝的傳輸頻率、濾波器的頻寬和信號放大增益，使用無源被動元件調整設定。在其前置處理電路內部有振盪(OSC)電路和時脈觸發電路可以自動地發送間歇脈衝，觸發超音波感測器可來產生重複發射聲波。通過接收電路所接收的間歇脈衝、餘振脈衝和回波脈衝，會整合成測距數位信號輸出。此論文所設計的電路可以降低封閉防水型超音波感測器的餘振效應之週期時間，並且採用額外加入的連續打擊反轉脈衝來抑制餘振效應。
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本研究主要利用化學浴沉積法成長氧化鋅奈米柱，藉由有系統的調整製程參數，歸納出各成長環境下所成長之奈米柱表面形貌，以製備出方向性一致且口徑小於100nm之氧化鋅奈米柱，並分析其紫外光波段之發光特性，探討各成長參數對於發光特性之影響。首先利用濺鍍法於矽基板(111)上成長ㄧ層氧化鋅晶種層，再運用化學浴沉積法於氧化鋅晶種層上成長氧化鋅奈米柱，透過改變成長溶液濃度、成長溫度、成長時間，可製備出不同形貌之氧化鋅奈米柱，其發光特性也隨調整的參數而有不同變化。 利用化學浴沉積法於晶種層上所成長的氧化鋅奈米柱在X光繞射(XRD)量測下具有相當顯著的(002)面晶相訊號，亦可藉由掃描式電子顯微鏡(SEM)觀察確認六角柱狀形貌。藉由SEM量測的結果可發現，隨著反應溶液濃度的提升，氧化鋅奈米柱的口徑有逐漸變大且彼此熔合成薄膜狀的趨勢。隨著化學浴成長溫度之上升，奈米柱間的間隙會逐漸變大，單位面積內的奈米柱密度降低且呈現傾倒狀。隨著化學浴成長之時間增加，氧化鋅奈米柱之柱高及口徑皆會逐漸變大。最後藉由降低反應溶液濃度至0.025 M且控制成長時間至3小時及成長溫度至65℃，可製備出平均口徑小於60 nm之氧化鋅奈米柱。 室溫光激螢光(PL)量測的結果顯示出，於光子能量約為3.29 eV之紫外光波段處皆有明顯的自由激子所致發光。低溶液濃度下所成長之奈米柱，其發光強度比高濃度所成長者高且半高寬也較窄。增加成長時間所製備出之氧化鋅奈米柱，在低溫成長環境(65℃)下，自由激子之發光強度與成長時間成正比；而高溫成長環境(95℃)下則呈現相反趨勢變化。低溫(5K)PL量測下，可觀察出在光子能量為3.37eV波段處之發光主要為施體束縛激子所造成，透過multiple Guassian fitting，可辨別出游離施體束縛激子(D^+ X)及中性施體束縛激子(D^0 X)分別於3.372及3.357 eV之發光位置，另外於3.323 eV可發現一強度較弱的TES(D^0 X)發光。最後再透過變溫PL量測，可得知游離施體束縛激子相對於中性施體束縛激子，在升溫時發光強度急遽下降的現象。
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本論文目的是發展建置一套自行車有氧運動紀錄與體能評估之智慧型平台系統，此平台可用於自行車騎乘時，進行檢測心臟跳動量、自行車踩動的速度、運動時間與運動強度等。 有氧運動之運動強度可以藉由自行車踩動的速度及偵測心臟跳動量進行檢測;運動強度的數據目的，簡單的來說，就是為了避免運動的激烈，一般運動強度適合範圍數值是60%~80%為宜。根據美國運動醫學會以及美國心臟學會最新運動建議指出，有氧運動的持續運動時間至少要20分鐘到60分鐘為宜；本論文所建置之自行車實驗平台，可偵測運動者的運動強度，提供給運動者建議，可讓騎乘自行車運動之運動強度數據化，也可提供給研究者研究數據。 本研究平台系統採用新唐科技所開發生產的ARM Cortex-M0微控制晶片為核心，以偵測轉速感測器、監測心跳感測器、控制藍芽傳輸等功能，藉由藍芽無線傳輸感測值，顯示於Android手機應用程式介面，透過藍芽傳輸所接收到測量值，以每10秒為一單位，來紀錄一組運動數據，並以系統科學化的人機介面呈現數據給騎乘運動者，來評估個人運動量與體能現況，此舉可以達到長期體能訓練與健康管理之應用價值。
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手勢辨識為人機互動帶來了新的可能，它的應用範圍非常廣泛，包括遊戲、機器人操控和控制家電等。雖然現在已經有使用深度體感攝影機檢測人體骨架和姿勢的成熟技術，但是在辨識手勢的部分卻仍然沒有比較好的方法，因為我們的手只占影像的一小部分，所以細節比較難提取出來。本論文先用深度體感攝影機得到彩色影像和深度影像，再對彩色影像做膚色偵測；接著利用深度值將手的的部分提取出來；最後找出手的輪廓和凸包，利用手指頂點及手的凸缺陷所形成的三角形來判斷代表數字0到5的手勢。本文使用的方法只需要一台廉價的深度體感攝影機，不用額外的工具，也不需要建立資料庫，比起其他的方法便利許多，而且大多數的研究背景都不能太雜亂，也不能有前景物，本文移除了以上的限制，且辨識率可達91.6%。
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本論文研究目的為利用2.4GHz無線通訊技術建立一應用於溫室監控之無線感測網路系統，具有低成本、低功耗和高擴充性、可複製性等特性，可量測並記錄溫室中的環境參數，藉以輔助農場管理者即時掌握，獲得更高的產量與品質。 本論文比較兩種2.4GHz無線通訊晶片WIFI架構的ESP8266及Zigbee架構的CC2530，分別建立無線感測網路並比較其耗電量及穩定性；運用樹莓派做為整合裝置，可同時蒐集ESP8266及CC2530環境感測資料，並運用webcam監測產生縮時影像，供農場管理人員參考；以及運用樹莓派建立LAMP架構的HTTP SERVER人機介面，運用PHP網頁方式將資訊即時傳遞至手機或各式終端裝置。
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摘要 一個高輸入阻抗、低輸出阻抗電壓模式萬用二階濾波器有三個輸入端與一個輸出端被提出。所提出的電路使用一個差動差分電流傳輸器(DDCC)，兩個差動電壓電流傳輸器(DVCCs)，一個第二代電流傳輸器(CCII)，三個接地電阻與兩個接地電容，且可以實現所有標準濾波功能，例如:低通、帶通、高通、帶拒、全通。電路具備以下特點:高輸入阻抗、低輸出阻抗、接地電阻與電容，角頻率與品質因素正交可調、不需要被動元件匹配條件。
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在本論文中提出一個以兩個電流傳輸器、兩個接地電容及兩個接地電阻所組成的三輸入一輸出電流模式萬用二階濾波器。所提出的電路具備以下特點：使用接地電容及接地電阻，具備高輸出阻抗及低靈敏度特性，實現全部標準濾波器之功能，可合成具有低通、帶通、高通、帶拒以及全通之濾波輸出訊號，且沒有元件匹配的限制。